關(guān)于變形監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)的建立與精度分析

針對(duì)在變形監(jiān)測(cè)工作中具有重要作用和意義的控制網(wǎng)，在介紹變形監(jiān)測(cè)技術(shù)意義與特點(diǎn)和一般要求的基礎(chǔ)上，提出監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)建立要求和方法，并對(duì)精度進(jìn)行深入分析，以此為實(shí)際的監(jiān)測(cè)工作提供可靠理論依據(jù)，保證檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性與可靠性。

1  變形監(jiān)測(cè)技術(shù)與一般要求

1.1  技術(shù)概述

對(duì)于變形監(jiān)測(cè)技術(shù)，其主要包含以下幾種：其一，常規(guī)大地測(cè)量；其二，特殊變形測(cè)量；其三；攝影測(cè)量；其四，GPS技術(shù)。其中，常規(guī)大地測(cè)量主要是指借助常規(guī)測(cè)量設(shè)備對(duì)點(diǎn)變形值進(jìn)行測(cè)定，具有以下優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)：第一，可提供變形體所處變形狀態(tài)；第二，能滿足所有監(jiān)測(cè)精度要求，且適應(yīng)環(huán)境的能力很強(qiáng)；第三，能提供絕對(duì)變形方面的信息。然而，該方法的外業(yè)工作量相對(duì)較大，且布點(diǎn)直接受地形地勢(shì)影響，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)難度很大。對(duì)于特殊測(cè)量方法，主要包括以下幾種：傾斜測(cè)量、應(yīng)變測(cè)量與準(zhǔn)直測(cè)量，不僅過(guò)程簡(jiǎn)單，能對(duì)變形體內(nèi)部發(fā)生的變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，而且還能為自動(dòng)化監(jiān)測(cè)創(chuàng)造良好條件，但也存在僅可以提供相對(duì)或局部變形信息等缺點(diǎn)。

1.2  一般要求

對(duì)于變形監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，涉及到如下內(nèi)容：壩面變形觀測(cè)、大壩結(jié)構(gòu)內(nèi)部變形觀測(cè)、壩面裂縫和接縫觀測(cè)、面板整體變形觀測(cè)、岸坡位移情況觀測(cè)。在變形監(jiān)測(cè)中使用的水準(zhǔn)高程與平面坐標(biāo)都必須和項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中所用坐標(biāo)系統(tǒng)完全一致，并且在條件允許的情況下還要和國(guó)家網(wǎng)相聯(lián)系。

（1）在變形觀測(cè)時(shí)，應(yīng)符合以下規(guī)定要求：對(duì)表面的豎向與水平位移進(jìn)行觀測(cè)，兩者應(yīng)共同使用同一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)；對(duì)于深層觀測(cè)，需要盡可能實(shí)現(xiàn)結(jié)合布置；不同的觀測(cè)任務(wù)要配合執(zhí)行。

（2）在保持穩(wěn)定的范圍內(nèi)進(jìn)行基點(diǎn)布置；觀測(cè)點(diǎn)必須和壩體等牢固結(jié)合，采用穩(wěn)定的保護(hù)措施，同時(shí)要按照國(guó)家現(xiàn)行法律進(jìn)行保護(hù)。

（3）對(duì)于變形觀測(cè)過(guò)程中的正負(fù)號(hào)，應(yīng)滿足以下規(guī)定要求：第一，當(dāng)水平位移方向?yàn)橄掠螘r(shí)，取正，方向?yàn)樽蟀稌r(shí)，取正，相反則取負(fù)；第二，當(dāng)豎向位移方向?yàn)橄掠螘r(shí)，取正，方向?yàn)樯嫌螘r(shí)，取負(fù)；第三，對(duì)于裂縫及接縫：當(dāng)張開(kāi)時(shí)，取正，當(dāng)閉合時(shí)，取負(fù)；沉陷的正負(fù)號(hào)要求與（2）相同；當(dāng)滑移方向?yàn)槠孪聲r(shí)，取正，當(dāng)方向?yàn)樽蟀稌r(shí)，取正，相反則取負(fù)。

2  監(jiān)測(cè)網(wǎng)構(gòu)建

2.1  構(gòu)建平面控制網(wǎng)

2.1.1  掌握控制測(cè)量目標(biāo)并廣泛收集資料

掌握測(cè)區(qū)所在地理位置，并確定其形狀大小、未來(lái)發(fā)展方向、測(cè)量成果用于實(shí)際時(shí)精度需要達(dá)到的要求、任務(wù)時(shí)間要求、實(shí)際生產(chǎn)對(duì)控制點(diǎn)提出的具體要求。專(zhuān)業(yè)測(cè)繪人員要對(duì)相關(guān)資料進(jìn)行收集。比如在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要使用地形圖等控制成果，需要到達(dá)測(cè)區(qū)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行踏勘，以了解相關(guān)標(biāo)志實(shí)際保存狀況，以此為方案的制定與實(shí)施創(chuàng)造良好條件。

2.1.2  布網(wǎng)方案的確定

以控制成果實(shí)際使用要求為依據(jù)，結(jié)合現(xiàn)有資料、儀器設(shè)備、專(zhuān)業(yè)人員配置情況，制定合理可行的方案。比如，是選擇加密方式還是選擇布設(shè)獨(dú)立網(wǎng)的方式；選用三角測(cè)量方式還是三邊測(cè)量方式；采用一次全面布設(shè)方式還是分區(qū)分期進(jìn)行布設(shè)的方式；采用3°帶投影還是1.5°帶投影。對(duì)于圖上設(shè)計(jì)，需要在合適的地形圖上實(shí)施，先對(duì)已知點(diǎn)和已知網(wǎng)進(jìn)行展繪，再以布網(wǎng)方案為依據(jù)，在圖上進(jìn)行通視條件判斷，要求由不同點(diǎn)構(gòu)成的圖形是否可以滿足精度要求，具體的布設(shè)位置也要符合使用要求。在圖上完成選點(diǎn)以后，應(yīng)到達(dá)實(shí)地進(jìn)行確認(rèn)，確定是否合理可行。為提高控制網(wǎng)精度，防止返工，要根據(jù)估算控制網(wǎng)，對(duì)元素精度進(jìn)行準(zhǔn)確推算。

2.1.3  技術(shù)設(shè)計(jì)的編制

進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)文件編制的主要目的為確定測(cè)量工作的具體實(shí)施計(jì)劃，在規(guī)劃、技術(shù)、組織等方面給出詳細(xì)說(shuō)明，此時(shí)需要充分注意以下要點(diǎn)：第一，對(duì)設(shè)計(jì)主要目的、任務(wù)、項(xiàng)目所在地理位置、地區(qū)地形地貌及具有的特征等進(jìn)行概括；第二，具體設(shè)計(jì)方案和其詳細(xì)說(shuō)明的控制網(wǎng)密度、等級(jí)與圖形；確定適宜的起算數(shù)據(jù)；在圖上進(jìn)行的控制網(wǎng)設(shè)計(jì)與精度要求；第三，確定作業(yè)基本原則、具體方法與基本要求，明確標(biāo)志標(biāo)志及保管方面的要求，做好測(cè)角與測(cè)邊，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)記錄工作；第四，編制包含工程量、施工進(jìn)度、物資等在內(nèi)的圖表。

2.1.4  造標(biāo)埋石

明確控制點(diǎn)具體位置后，應(yīng)立即開(kāi)始造標(biāo)埋石，將所設(shè)標(biāo)石作為每個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的標(biāo)志，將覘標(biāo)視作觀測(cè)過(guò)程中的照準(zhǔn)目標(biāo)，所有類(lèi)型的觀測(cè)成果及坐標(biāo)，均應(yīng)歸算至標(biāo)石的中心。

2.2  高程控制網(wǎng)

對(duì)于高程控制網(wǎng)，需要滿足以下一般要求：首先，針對(duì)首級(jí)控制網(wǎng)，應(yīng)設(shè)置閉合環(huán)線，將加密網(wǎng)按閉合環(huán)、附合路線及結(jié)合網(wǎng)進(jìn)行布設(shè)，在有特殊要求時(shí)，按水準(zhǔn)支線進(jìn)行布設(shè)；其次，高程控制網(wǎng)的具體布設(shè)范圍需要和平面控制網(wǎng)良好適應(yīng)；再次，高程系統(tǒng)必須實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一性目標(biāo)，而地方的高程系需要盡量歸至國(guó)家高程基準(zhǔn)；最后，對(duì)于布設(shè)的等級(jí)，需要以城市規(guī)模、未來(lái)規(guī)劃及水準(zhǔn)路線長(zhǎng)度為依據(jù)進(jìn)行確定。

2.3  構(gòu)建高程控制網(wǎng)

第一步要充分考慮設(shè)計(jì)單位提出的差異沉降量具體要求，確定相對(duì)沉降量進(jìn)行觀測(cè)過(guò)程中的中誤差，再確定適宜的觀測(cè)等級(jí)。若差異沉降量對(duì)應(yīng)的容許值，則其中誤差應(yīng)確定為10%，點(diǎn)間差異為高差的差，高差即為高程差，所有觀測(cè)點(diǎn)的中誤差均為5%。在確定了適宜的觀測(cè)等級(jí)以后，開(kāi)始選點(diǎn)與布網(wǎng)，制定詳細(xì)的方案，準(zhǔn)備好觀測(cè)用具。

第二步為高程基準(zhǔn)點(diǎn)需要確定在保持穩(wěn)定的范圍內(nèi)，尤其是起算點(diǎn)，務(wù)必設(shè)于基巖基礎(chǔ)，以此保證其穩(wěn)定性與可靠性，以此消除基準(zhǔn)點(diǎn)可能造成的影響，降低精度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并準(zhǔn)確測(cè)定觀測(cè)點(diǎn)發(fā)生的垂直位移。

2.4  觀測(cè)過(guò)程

外業(yè)觀測(cè)的邊角聯(lián)測(cè)需要使用全站儀完成，所有觀測(cè)儀器都要進(jìn)行強(qiáng)制對(duì)中，同時(shí)嚴(yán)格按照相關(guān)具體規(guī)范要求來(lái)進(jìn)行。以某混凝土壩水電站平面控制網(wǎng)為例，采用徠卡TM30全站儀進(jìn)行邊角聯(lián)測(cè)，其觀測(cè)限差如下表：

表1  水平方向觀測(cè)限差

兩次照準(zhǔn)目標(biāo)讀數(shù)差 上下半測(cè)回

歸零差 一測(cè)回2C

互差 同一方向值各測(cè)回互差 三角形最大

閉合差 按菲列羅公式計(jì)算的測(cè)角中誤差

4″ 5″ 9″ 5″ 2.5″ 0.7″

表2  測(cè)距限差

測(cè)距儀精度

（mm/km） 每邊測(cè)回?cái)?shù) 一測(cè)回中各讀數(shù)較差

（mm） 單程各測(cè)回讀數(shù)較差（mm） 氣象數(shù)據(jù)的最小讀數(shù) 各項(xiàng)改正后對(duì)向觀測(cè)邊長(zhǎng)較差

（mm）

往測(cè) 返測(cè) 溫度（°） 氣壓

（hPa）

≤（1+D×10-6）mm 4 4 1 2 0.1 0.1

注：A標(biāo)稱(chēng)精度固定誤差；B標(biāo)稱(chēng)精度比例誤差系數(shù)，mm/km；D斜邊長(zhǎng)，km；測(cè)回差應(yīng)將測(cè)距經(jīng)氣象改正后進(jìn)行；邊長(zhǎng)較差應(yīng)將斜距化算到同一水平面上進(jìn)行比較。

其中測(cè)距時(shí)，還要對(duì)干濕溫度及氣壓進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)定。各測(cè)回斜距需實(shí)施有效改正。

高程控制網(wǎng)的水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)，需嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范要求執(zhí)行。以某混凝土壩水電站高精度高程控制網(wǎng)為例，水準(zhǔn)測(cè)量采用數(shù)字水準(zhǔn)儀徠卡DNA03及配套的條碼銦鋼尺并對(duì)一、二等水準(zhǔn)觀測(cè)的限差如下表：

表3  水準(zhǔn)觀測(cè)限差表

等級(jí) 視線長(zhǎng)度 前后視距差 前后視距差累積 視線高度（下絲）

一等 ≤30m ≤1.0m ≤3.0m ≥0.65m

二等 ≤50m ≤1.5m ≤6.0m ≥0.55m

對(duì)于數(shù)字水準(zhǔn)儀，同一標(biāo)尺兩次讀數(shù)差不設(shè)限差，兩次讀數(shù)所測(cè)高差的差執(zhí)行基輔分劃所測(cè)高差之差的限差。

規(guī)范的觀測(cè)過(guò)程是最基本也是最根本最重要的質(zhì)量控制手段，也是保證觀測(cè)精度的前提。觀測(cè)過(guò)程中必須嚴(yán)格控制。

3  穩(wěn)定性分析

為了進(jìn)行監(jiān)測(cè)網(wǎng)穩(wěn)定性分析，首先將平面網(wǎng)及高程水準(zhǔn)網(wǎng)分別以它們的首期平差后的初值進(jìn)行擬穩(wěn)平差。

先將所有網(wǎng)點(diǎn)都作為擬穩(wěn)點(diǎn)，根據(jù)平差計(jì)算結(jié)果計(jì)算本期觀測(cè)與首次觀測(cè)初始值的坐標(biāo)差，進(jìn)而計(jì)算各點(diǎn)的水平位移值，然后對(duì)位移值進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

單點(diǎn)t檢驗(yàn)時(shí)顯著水平取，如果多余觀測(cè)均較多，它們的自由度取它們的極限值。

由于選不同擬穩(wěn)點(diǎn)進(jìn)行擬穩(wěn)平差的結(jié)果是不同的，因此在進(jìn)行擬穩(wěn)點(diǎn)穩(wěn)定性檢驗(yàn)時(shí)遵循的原則：每次只將檢驗(yàn)值絕對(duì)值超過(guò)限值最大的一個(gè)點(diǎn)從擬穩(wěn)點(diǎn)中剔除，然后重新進(jìn)行擬穩(wěn)平差，再將檢驗(yàn)值最大的一個(gè)點(diǎn)從擬穩(wěn)點(diǎn)中剔除，以此類(lèi)推。

4  結(jié)語(yǔ)

（1）施測(cè)時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)技術(shù)規(guī)范，電子設(shè)備也應(yīng)如此，無(wú)論是記錄還是計(jì)算，都要在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行復(fù)核，保證結(jié)果準(zhǔn)確無(wú)誤，并使網(wǎng)形布置科學(xué)合理，切實(shí)可行。

（2）對(duì)于驗(yàn)前與驗(yàn)后的中誤差，均應(yīng)嚴(yán)格按照三角網(wǎng)進(jìn)行設(shè)置。在平差過(guò)程中，需要使用至少2個(gè)軟件實(shí)施，保證平差比較結(jié)果準(zhǔn)確性。

（3）首次測(cè)量建議使用測(cè)距儀與經(jīng)緯儀并加密觀測(cè)，第二次測(cè)量建議使用全站儀。由平差結(jié)果可以看出，經(jīng)緯儀具有較高的測(cè)角精度，甚至高于全站儀，但在測(cè)距方面略遜于全站儀。在野外測(cè)量中，應(yīng)確保氣象條件保持穩(wěn)定，如果在首次測(cè)量過(guò)程中氣象條件產(chǎn)生很大的變化，則會(huì)使最終的測(cè)量結(jié)果超限。

（4）經(jīng)復(fù)測(cè)可知，控制網(wǎng)的網(wǎng)形十分堅(jiān)固，且點(diǎn)位保持穩(wěn)定，能為后續(xù)次級(jí)網(wǎng)構(gòu)建及變形監(jiān)測(cè)工作奠定良好的基礎(chǔ)。

本文來(lái)源：《企業(yè)科技與發(fā)展》：http://00559.cn/w/qk/21223.html